Die Luft- und Atemwege

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Der Kehlkopf

Der Kehlkopf stellt die eigentliche Eingangspforte der Atemwege dar und liegt an der Vorderseite des Halses über der Trachea. Er ist ein röhrenförmiges Knorpelgerüst mit Bindegewebeeinlagerungen und ist am Zungenbein (Os hyoideum) befestigt. Der Kehlkopf besteht aus:

  • Schildknorpel (Cartilago thyreoidea)

  • Ringknorpel (Cartilago cricoidea)

  • elastisches Band zwischen Ring- und Schildknorpel (Ligamentum conicum)

  • Aryknorpel oder auch Stellknorpel

  • Glottis (die Höhe der Stimmritze im Kehlkopfinneren)

Der Schildknorpel (Cartilago thyreoidea) besteht aus zwei vorne zusammengewachsenen Schildknorpelplatten, der vorspringende Teil wird Adamsapfel (Promitia laryngea) genannt. Der Schildknorpelwinkel ist bei weiblichen und männlichen Personen vor der Pubertät gleich (ca. 120°), bei männlichen Personen wächst der Kehlkopf durch die vermehrte Testosteronproduktion in der Pubertät nach vorne, der Schildknorpelwinkel verändert sich (90°) und die Stimmbänder wachsen dadurch mit, werden so länger und die Stimme wird tiefer.

Unter dem Schildknorpel befindet sich ein zweiter Knorpel, der Ringknorpel (Cartilago cricoidea).

Zwischen dem Ring- und dem Schildknorpel befindet sich ein elastisches Band, das Ligamentum conicum; dieses kann im Falle höchster Atemnot durchschnitten werden (Coneotomie).

An der hinteren oberen Kante des Ringknorpels befinden sich zwei dreieckige, pyramidenförmige, bewegliche Aryknorpel oder auch Stellknorpel. An der vorderen Kante dieser Aryknorpel setzen jeweils die Stimmbänder (Plicae vocales) an; diese durchziehen das Kehlkopfinnere bis hin zu den Schildknorpeln. Durch Muskelzug werden die Aryknorpel gedreht und stellen somit die Stimmritze weit bzw. eng.

Bei der Stellung der Stimmritze kennen wir die Respirations- bzw. die Phonationsstellung. Bei der Respirationsstellung sind die Stimmbänder weit voneinander entfernt, in dieser Phase wird eingeatmet. Bei der Phonationsstellung stehen die Stimmbänder eng beieinander, hierbei werden durch den Anblasedruck der Lunge die Stimmbänder in Schwingungen versetzt und somit Töne erzeugt. Kurze und straff gespannte Stimmbänder können in eine hohe Schwingungsfrequenz versetzt werden, eine hohe Stimme wird erzeugt. Lange und nicht so straff gespannte Stimmbänder ermöglichen eine geringere Schwingungsfrequenz und erzeugen eine tiefe Stimme. Die Lautstärke wird durch den Anblasedruck der Lunge reguliert.

An der Stimmbildung sind beteiligt: die Lunge als Winderzeuger, der Kehlkopf als Stimmbildungsorgan und die Nasennebenhöhlen als Resonanzgestalter. In den Seitenwänden des Kehlkopfes kurz unterhalb der Stimmbänder befinden sich zwei Schleimhautfalten, auch Taschenfalten (Plicae vestibulares) oder falsche Stimmbänder genannt, sie können sich leicht annähern, aber keine Töne erzeugen.

Zum Kehlkopf gehört weiterhin der Kehldeckel (Epiglottis), ein schuhlöffelartiger (= schuhanziehartiger) Knorpel, welcher von verhornten Plattenepithel überzogen ist und deshalb eine graue Farbe aufweist. Dieser Kehldeckel ist mit Muskulatur an den Schilddeckeln befestigt und hat die Aufgabe, die tieferen Atemwege vor der Aspiration von Fremdkörpern zu schützen. Bei

der Stimmgebung ist der Kehldeckel hochgestellt, damit sich die Luft frei bewegen kann, bei der Nahrungsaufnahme legt sich der Kehldeckel auf die Stimmritze. Die Speise über oder neben dem Kehldeckel zur Speiseröhre, welche hinter dem Luftröhreneingang liegt.

Als Glottis bezeichnet man die Höhe der Stimmritze im Kehlkopfinneren. Das Innere des Kehlkopfes ist ausgekleidet mit Flimmerepithelgewebe, in dem schleimgebende Becherzellen liegen. Die Aufgabe dieses Flimmerepithels liegt im Filtern, Anfeuchten und Anwärmen der Atemluft.

Die Luftröhre

An den Ringknorpeln des Kehlkopfes schließt sich die Luftröhre (Trachea) an. Die Trachea hat eine Länge von etwa 12 cm und einen Durchmesser von 2,5 cm. Sie verläuft senkrecht im Mediastinum vor der Speiseröhre. Das Lumen (die lichte Weite) der Trachea muß ständig garantiert sein, die Wände dürfen einander nicht berühren, daher sind 12 bis 16 hufeisenförmige Knorpelspangen eingelagert. Diese Knorpelspangen sind hinten mittels Bindegewebe und glatter Muskulatur verschlossen. Diese bindegewebige Membran kann leicht nach vorne treten, somit wird der Druck in der Trachea erhöht und Fremdkörper können beim Hustenreflex besser herausgeschleudert werden. Das gesamte Innere der Trachea ist wie das Innere des Kehlkopfes mit Flimmerepithelgewebe gleicher Funktion und gleichen Aufbaus ausgekleidet.

Die Lunge (Pulmo)

Die Lunge besteht aus dem Bronchialbaum und dem eigentliche Lungengewebe, den Lungenbläschen (Alveolen); die Alveolen besitzen keine schmerzleitenden Nervenbahnen.

Die Lunge wird unterteilt in zwei Atmungsorgane, auch zwei Lungen, jede Lunge bzw. jeder Lungenflügel ist wiederum unterteilt in Lungenlappen. Die rechte Lunge weist drei, die linke Lunge weist zwei Lappen auf. Die Lungenlappen teilen sich weiter auf, in Lungensegmente, wobei die rechte Lunge 10, die linke Lunge variabel 8 bis 10 Lungensegmente aufweist.

Umgeben ist die Lunge vom Brustfell (Pleura). Die Pleura umgibt separat beide Lungen und besteht aus zwei Gewebeschichten, zum Einen der Pleura visceralis, dem Lungenfell, er liegt den Alveolen direkt auf und ist mit ihnen verwachsen. Zum Anderen besteht die Pleura aus dem Rippenfell (Pleura parietalis), im Bereich der Rippen heißt sie Pleura costales, unten Pleura diaphragmatica (liegt auf dem Diaphragma) und Pleura mediastales im Bereich des Mediastinums. Die Pleura visceralis sondert ständig eine geringe Menge seröser Flüssigkeit ab. Diese Flüssigkeit belegt den kleinen Spalt zwischen den beiden Pleurablättern, den Pleuraspalt. Die Aufgabe der serösen Flüssigkeit im Pleuraspalt besteht in der Schmierfunktion und dass die beiden Pleurablätter sich bei der Atmung nicht voneinander trennen. Im Pleuraspalt ist ein Unterdruck / Sog. Wir haben nach maximaler Ausatmung den niedrigsten Druck, bei maximaler Einatmung den höchsten im Pleuraspalt. Bei maximaler Ausatmung befindet sich in der Lunge noch 1000 ml Luft, man nennt dieses Volumen auch Residualvolumen.

Der Bronchialbaum

Der Bronchialbaum besteht aus der Trachea, den Bronchien und den Alveolen. Etwa in der Höhe des vierten Halswirbelkörpers teilt sich die Trachea in einen rechten und einen linken Haupt- oder Stammbronchus (Bronchus principalis). Der rechte Hauptbronchus fällt etwas steiler nach unten ab, deshalb gelangen Fremdkörper auch meist in die rechte Lunge. Die Eintrittspforte der großen Bronchien in das eigentliche Lungengewebe nennt man Hilus pulmonalis. Diese Stammbronchen zweigen in die nächstkleineren Bronchen ab: Lappenbronchen (Bronchus lombares (Pl.), Bronchus lombaris (Sg.)). Diese Lappenbronchen teilen sich in die Segmentbronchen (Bronchus segmentales). An die Segmentbronchen schließen sich die Bronchien an. Der gesamte Bronchialbaum, einschließlich der Bronchien, besitzt knorpelige Versteifungen in Spangen- oder Plattenform. An die Bronchien schließen sich die Bronchiolen an, sie sind knorpelfrei; das bedeutet, dass die Bronchiolen zusammenfallen können. Die Bronchiolen teilen sich in weitere Äste, die endständigen Bronchiolen (Bronchiolus terminales) auf. Diese zweigen sich in die Atmungszweige (Alveolii respiratorii) auf. Hier finden wir erstmalig Alveolen, wo auch erstmalig ein Gasaustausch stattfindet. An die Atmungszweige schließen sich die Lungenbläschen (Alveolen) an. Die Alveolen haben eine halbkugelige Form mit einem Durchmesser von 0,4 bis 0,5 mm bei der Einatmung, 0,2 bis 0,3 mm bei der Ausatmung. Jede Lunge hat über 100 Millionen dieser Alveolen. Jede Alveole ist von einem Netz feinster Kapillargefäße umsponnen und zwischen den Alveolen und den umgebenden Blutgefäßen findet der Gasaustausch nach dem physikalischen Gesetz der Diffusion (Wanderung der Gase Sauerstoff und Kohlendioxid vom Ort höherer Konzentration zum Ort niedriger Konzentration) statt. So gelangt Sauerstoff von den Alveolen ins Blut und Kohlendioxid vom Blut in die Alveolen. Diese Atmung bezeichnen wir als äußere Atmung oder auch als Lungenatmung. Diese atmende Oberfläche hat eine Fläche von 100 m2, kann bei verstärkten Einatmungen auch 150 m2 betragen.

Der gesamte Bereich des Bronchialbaumes bis einschließlich der Bronchioli terminales weist keine Alveolen auf, ist somit am Gasaustausch nicht beteiligt, in dieser Beziehung tot (Totraum). Dieser Totraum hat einen Rauminhalt von etwa einem Drittel des Atemzugvolumens, also 150 ml. Das bedeutet, dass bei einem Atemzugvolumen etwa 150 ml den Totraum füllen und 350 ml für den Gasaustausch verwendet werden.

Atmung und Gasaustausch

Die Atmung umfaßt drei Vorgänge: Einmal den Gasaustausch in der Lunge, die äußere Atmung, den Transport der Gase im Blut und den Gasaustausch in der Zelle (zwischen Blut und Zelle), auch innere, Zell- und Gewebeatmung genannt. Der Gasaustausch findet immer nach dem physikalischen Gesetz der Diffusion vom Ort höherer Konzentration zum Ort niedriger Konzentration statt. Etwa 7 % des aufgenommen Sauerstoffs bindet sich an das Haemoglobin des Blutes, wird zu HbO2 (Oxyhaemoglobin). Das Oxyhaemoglobin wandert zu den Zellen und gibt dort sein Sauerstoff ab; eine geringe Menge Sauerstoff (3 %) wird gelöst im Plasma transportiert.

Etwa 45 % des in den Zellen produzierten CO2 wird über das Plasma transportiert, bindet sich dort mit freien OH-Ionen (Hydroxil): CO2 + OH –> HCO3 und wird zu Bikarbonat, welches im Plasma zur Lunge transportiert wird; sind im Blut freie H-Ionen, wird es so zu H2CO3 (Kohlensäure). Die Kohlensäure wird auf dem Blutwege zur Lunge transportiert, zerfällt dort zu H2O (Wasser) und CO2 (Kohlendioxid), das Wasser bleibt im Blut, das Kohlendioxid wird abgeatmet. Derselbe Mechanismus spielt

sich in den Erythrozyten ab. Weitere 45 % des CO2 wird von den Erythrozyten aufgenommen, wird dort ebenfalls zu Bikarbonat und zu HbCO2 (Kohlendioxidhaemoglobin). Die restlichen 10 % werden gelöst im Plasma transportiert.

Atemmechanik

Die Inspiration, auch Einatmung genannt, geschieht überwiegend aktiv. Das Diaphragma kontrahiert sich über die Reizung des Nervus phrenicus (verläßt die Wirbelsäule zwischen dem 4. und 5. Halswirbel), das Zwerchfell tritt etwa 2 cm tiefer. Gleichzeitig werden die Rippen durch die Musculi intercostalis externi angehoben. Dadurch wird der Rauminhalt im Thorax größer, die Luft wird eingesaugt. Durch die Kontraktion der äußeren Zwischenrippenmuskeln werden deren Antagonisten, die inneren Zwischenrippenmuskeln, gedehnt, in diesen Muskeln befinden sich Dehnungsrezeptoren, die über den Nervus vagus oder auch parasympathikus diese Dehnungsimpulse zum Atemzentrum leiten, wodurch dann der Einatemvorgang beendet wird. Bei einer verstärkten Einatmung müssen wir die Rippen verstärkt anheben, den Schultergürtel hochheben und fixieren und ebenfalls den Kopf feststellen. Dann können wir zusätzlich ein Volumen von 2.500 ml einatmen. Diese Luftmenge bezeichnen wir als respiratorisches Reservevolumen. Alle Muskeln, die daran beteiligt sind, bezeichnen wir als Einatemhilfsmuskulatur.

Die Exspiration ist der überwiegend passive Teil der Atmung. Die Erschlaffung des Zwerchfells, welches passiv nach oben dringt, die äußeren Zwischenrippenmuskeln erschlaffen, aufgrund der Scherkraft treten die Rippen tiefer. Durch die Kontraktion der Mm. intercostali interni werden die Rippen aktiv leicht nach unten gezogen, wobei wiederum die äußeren Zwischenrippenmuskeln gedehnt werden. Die Dehnungsrezeptoren beenden über Reizung des Atemzentrums den Ausatemvorgang. Um das exspiratorische Reservevolumen auszuatmen (1.000 ml), müssen die Rippen verstärkt nach unten gezogen werden. Das Zwerchfell muß noch weiter nach oben gezogen werden. Dazu benötige ich die respiratorische Hilfsmuskulatur (M. seratus posterior inferior – hinterer, unterer Sägemuskel). Die vier Bauchmuskeln werden zur Kontraktion gebracht, drücken die Bauchorgane weiter ins Abdomen, diese Bauchorgane weichen zum Orte des geringsten Widerstands, weiter nach oben unter das erschlaffte Zwerchfell, das weiter nach oben gedrückt wird.

Die Vitalkapazität ist die Menge Luft, die ich nach verstärkter Einatmung insgesamt unter Anstrengung wieder ausatmen kann.

Das Residualvolumen ist das Volumen, das nach verstärkter Ausatmung noch in der Lunge verbleibt.

Das Totalvolumen ist die Summe von Residualvolumen und Vitalkapazität.

inspiratorisches Reservevolumen

2.500 ml

exspiratorisches Reservevolumen

1.000 ml

Atemzugvolumen

500 ml

Residualvolumen

1.100 ml

Gesamtvolumen

5.100 ml

Atemregulation

Um die Atmung zu regulieren, muß ein Kontrollsystem ständig über die Gaszusammensetzung informiert sein. Wir haben Atemrezeptoren, die bei Veränderungen der Gaszusammensetzung reagieren. In der Medulla oblongata, verlängertes Mark, befindet sich das Atemzentrum, welches bei einem hohen CO2-Gehalt sowie bei einem Anstieg der H-Ionen reagiert. Es wird jetzt über den Nervus sympathikus der Bronchialbaum weitgestellt und über den Nervus phrenicus das Zwerchfell gesenkt. Dieser Mechanismus regelt die Atmung unter Ruhebedingungen. Wenn bei körperlichen Leistungen ein erhöhter Sauerstoffbedarf besteht oder die Anzahl von Wasserstoffionen abnimmt, der pH-Wert also ansteigt, weiter in den basischen Bereich übergeht, reagieren weitere Atemrezeptoren, die sich im Arcus aortae (Glomus aorticum) und in der Carotisgabelung (Glomus caroticum) befinden.

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